(57)【要約】【課題】  偏向器を使用して光ビームが走査しながら露光面上に画像形成する装置の光学系に対して、像面わん曲に対応して的確に焦点位置を定められ、外乱にも強く焦点位置を調整できる方法等を提案する。【解決手段】  光ビームを射出する光源と、露光面における光ビームの焦点位置を調整しうる第一光学系と、それを経由した光ビームの方向を連続的に変えうる偏向器と、それを経由した光ビームが透過する第二光学系とからなる光学系の焦点位置の調整方法で、光学系の複数の像高において、露光面前後のビーム径を測定し、ビーム径が基準ビーム径以下となる深度方向範囲を複数の像高ごとに特定し、それらの共通範囲が、前記露光面上となるように第一光学系を調整する。【選択図】  図４
2005326559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを射出する光源と、露光面における前記光ビームの焦点位置を調整しうる第一光学系と、前記第一光学系を経由した光ビームの方向を連続的に変えうる偏向器と、前記偏向器を経由した光ビームが透過する第二光学系とからなる光学系の焦点位置の調整方法であって、前記光学系の複数の像高において、露光面の前後の光ビームのビーム径を測定し、前記測定したビーム径があらかじめ定められた基準ビーム径以下となる深度方向範囲を前記複数の像高ごとに特定し、前記特定された複数の深度方向範囲の共通範囲が、前記露光面上となるように前記第一光学系を調整することを特徴とする焦点位置の調整方法。
【請求項２】
前記共通範囲の中心位置が、前記露光面位置に略合致していることを特徴とする請求項１に記載の焦点位置の調整方法。
【請求項３】
前記共通範囲の中心位置を、生じうる外乱の方向性に応じて、前記露光面位置からずらして設定することを特徴とする請求項１に記載の焦点位置の調整方法。
【請求項４】
光ビームを射出する光源と、露光面における前記光ビームの焦点位置を調整しうる第一光学系と、前記第一光学系を経由した光ビームの方向を連続的に変えうる偏向器と、前記偏向器を経由した光ビームが透過する第二光学系とからなる光学系の焦点位置の調整システムであって、前記第一光学系の焦点位置を調整する調整装置と、前記光学系の複数の像高において、露光面の前後の光ビームのビーム径を測定できる測定装置と、前記装置類を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記測定されたビーム径があらかじめ定められた基準ビーム径以下となる深度方向範囲を前記複数の像高ごとに特定し、前記特定された複数の深度方向範囲の共通範囲が、前記露光面上となるように前記第一光学系を駆動することを特徴とする焦点位置の調整システム。
【請求項５】
光ビームを射出する光源と、露光面における前記光ビームの焦点位置を調整しうる第一光学系と、前記第一光学系を経由した光ビームの方向を連続的に変えうる偏向器と、前記偏向器を経由した光ビームが透過する第二光学系とからなる光学系であって、当該光学系の複数の像高において露光面の前後の光ビームのビーム径が測定され、前記測定されたビーム径があらかじめ定められた基準ビーム径以下となる深度方向範囲が前記複数の像高ごとに特定され、前記特定された複数の深度方向範囲の共通範囲が、前記露光面上となるように前記焦点位置が調整されたことを特徴とする光学系。
【請求項６】
請求項５に記載の光学系が搭載されたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ビームが露光面上を走査して画像形成する画像形成装置において、光ビームを制御する光学系の焦点調整方法等に関し、具体的には、ポリゴンミラー等の偏向器を用いて光ビームが走査する光学系の焦点調整方法等および、それらにより焦点調整された光学系を搭載した画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ビームが露光面上を走査して記録材料に画像形成する画像形成装置では、光源から射出される光ビームの焦点位置は、焦点深度の範囲内で記録材料の露光面に略合致している必要がある。この焦点位置の調整は、通常、走査レンズの光軸上の露光面位置で光ビームのビーム径を測定しながら行われる。
【０００３】
その際、焦点位置の近傍では、深度方向位置の変化量に対して光ビームの径の変化量が比較的小さいことから、径の変化から正確な焦点位置を決めるのは難しい。そのため、深度方向位置の変化量に対して径の変化量が比較的大きい、焦点位置から深度方向に少し外れた部分で径の測定を行い、その測定結果に基づいて焦点位置を決定する画像形成装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、光学系にポリゴンミラー等の偏向器が使用されて光路が変化しながら光ビームが射出され、光軸から一定の像高を有する周辺部にも同時に画像形成される走査型の画像形成装置では、光学系の特性に応じて像面にわん曲が生じることが多い。つまり、像面が平面にならずにわん曲して結像する収差が生じることが多い。この場合、十分な焦点深度が確保されていれば、通常通りに走査レンズの光軸に沿った位置で焦点位置を定めたとしても、一定の像高を有する周辺部の像点に関しても、像面わん曲に拘わらず焦点深度内で画像形成することができる。
【０００５】
しかし、光ビームにより形成される画像をより高精細にするには光ビームの径をより小さく絞る必要があり、その場合、焦点深度はより浅くなる。例えば、従来９０ミクロンであったビーム径を６５ミクロンにしようとすると、通常通り光軸に沿った位置で焦点位置を決めても、像面わん曲との相乗作用により、露光面において光軸から離れた周辺部が焦点深度から外れやすくなり、ビーム径が予定より大きくなって画像品質が落ちてしまうことがあった。逆に、光軸の周辺部に焦点位置を合わせると光軸に沿った中心部のビーム径が大きくなりやすく、やはり画像品質が落ちやすい。さらに、焦点位置調整後の光学系に温度変動、振動、衝撃などの外乱が加わると、多少なりとも焦点位置がずれてしまう。そのため、これら外乱と像面わん曲との相乗作用によっても、ビーム径が大きくなってしまう問題点があった。
【特許文献１】特開２００３−２６６７６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、ポリゴンミラー等の偏向器を使用して光ビームが走査しながら露光面上に画像形成する画像形成装置の光学系に対して、像面わん曲に対応してより的確に焦点位置を定めることができ、外乱にも強いように焦点位置を調整するための方法、そのような焦点位置調整システム、これらの方法もしくはシステムで焦点位置を調整された光学系を搭載した画像形成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の第一は、光ビームを射出する光源と、露光面における前記光ビームの焦点位置を調整しうる第一光学系と、前記第一光学系を経由した光ビームの方向を連続的に変えうる偏向器と、前記偏向器を経由した光ビームが透過する第二光学系とからなる光学系の焦点位置の調整方法であって、前記光学系の複数の像高において、露光面の前後の光ビームのビーム径を測定し、前記測定したビーム径があらかじめ定められた基準ビーム径以下となる深度方向範囲を前記複数の像高ごとに特定し、前記特定された複数の深度方向範囲の共通範囲が、前記露光面上となるように前記第一光学系を調整することを特徴とする焦点位置の調整方法である。
【０００８】
ここで、前記共通範囲の中心位置が、前記露光面位置に略合致していることは好ましい。また、前記共通範囲の中心位置を、生じうる外乱の方向性に応じて、前記露光面位置からずらして設定することは好ましい。
【０００９】
発明の第二は、光ビームを射出する光源と、露光面における前記光ビームの焦点位置を調整しうる第一光学系と、前記第一光学系を経由した光ビームの方向を連続的に変えうる偏向器と、前記偏向器を経由した光ビームが透過する第二光学系とからなる光学系の焦点位置の調整システムであって、前記第一光学系の焦点位置を調整する調整装置と、前記光学系の複数の像高において、露光面の前後の光ビームのビーム径を測定できる測定装置と、前記装置類を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記測定されたビーム径があらかじめ定められた基準ビーム径以下となる深度方向範囲を前記複数の像高ごとに特定し、前記特定された複数の深度方向範囲の共通範囲が、前記露光面上となるように前記第一光学系を駆動することを特徴とする焦点位置の調整システムである。
【００１０】
発明の第三は、光ビームを射出する光源と、露光面における前記光ビームの焦点位置を調整しうる第一光学系と、前記第一光学系を経由した光ビームの方向を連続的に変えうる偏向器と、前記偏向器を経由した光ビームが透過する第二光学系とからなる光学系であって、当該光学系の複数の像高において露光面の前後の光ビームのビーム径が測定され、前記測定されたビーム径があらかじめ定められた基準ビーム径以下となる深度方向範囲が前記複数の像高ごとに特定され、前記特定された複数の深度方向範囲の共通範囲が、前記露光面上となるように前記焦点位置が調整された光学系である。
【００１１】
発明の第四は、上記の光学系が搭載された画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１２】
光ビームのビーム径をより小さくした場合にも、像面わん曲に応じて光ビームの焦点位置を決めることが可能となり、露光面における複数の像高に対してビーム径が大きくなりにくい。また、温度変動などの外乱があった場合にも、同様に複数の像高に対してビーム径が大きくなりにくい。その結果、精細で良好な画像が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図を参照して実施の形態例について説明する。図１は、焦点調整システム例２００の概略構成を示す模式図である。このシステムについて説明することで焦点調整方法についても説明する。画像形成装置に搭載されるべき光学系１００が、光ビームの焦点調整のために、その固有の露光面が図中の平面Ｓに合致するように位置決めされてセッティングされる。なお、この露光面は、光学系が画像形成装置に搭載された際には、画像形成装置に装填された記録材料の露光面に一致することになる。
【００１４】
光学系１００は、光ビームを射出すると共に露光面における焦点位置を調整する第一光学系、第一光学系から射出された光ビームの方向を変えて露光面上を走査させるための偏向器、光ビームを露光面Ｓに導く第二光学系とが光学台上に固定されてなる。
【００１５】
ここで、第一光学系は、光ビームを射出する光源１０と、コリメータレンズ２１と、光軸方向に移動可能なレンズ２２、２３と、２つの反射鏡３０とからなる。光源１０は、半導体レーザ（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）等で構成される。光源１０は、後述する制御装置７０から露光制御装置１１に出力される露光制御信号に従って、光ビームＬを射出する。レンズ２２、２３は、光源１０からコリメータレンズ２１を経由した下流に設けられており、制御装置７０から調整装置２５に出力される焦点位置調整信号に従って、光軸方向位置が調整される。２つの固定された反射鏡（またはプリズム）３０は、レンズ２３を透過した光ビームＬの光路を、各々で９０度ずつ変えることで光ビームＬの方向を反転させ、光ビームＬを偏向器４０に入射させる。
【００１６】
また、偏向器４０としては、回転可能な多面体の側面に平面の反射板が複数設けられたポリゴンミラーが使用されている。ポリゴンミラーは、制御装置７０の制御下、図示されない回転手段により一定角速度で回転しながら、反射鏡３０から入射した光ビームＬを反射して走査レンズ５０に射出する。すると光ビームＬは、ポリゴンミラーからポリゴンミラーの回転角により連続的に変化する光路をたどって走査レンズ５０に入射する。これにより露光面に対する主走査が行われる。なお、偏向器４０は、ポリゴンミラーに限定されるものではなく、ガルバノミラーやこれらに類似の他の偏向器を用いてもよい。
【００１７】
また、第二光学系である走査レンズ５０は、偏向器４０の下流に設けられ、ｆθレンズ等の単レンズ、またはレンズ群で構成されている。走査レンズ５０は、ポリゴンミラーで反射された光ビームＬの方向を若干変えて、ポリゴンミラーの等角速度運動を等速度運動に変換する。その際、上記のように光ビームＬは連続的に変化する光路をたどって走査レンズ５０を透過する。そのため、走査レンズ５０に固有の収差により後述する像面わん曲が生じる。
【００１８】
焦点調整システム２００は、前記光源を光学系の外部から発光せしめる露光制御装置１１と、光学系のレンズ２２、２３の光軸方向位置を調整する調整装置２５と、光学系１００の複数の像高において、前記露光面の前後の前記光ビームのビーム径を測定できる測定装置６０と、これら三つの装置を制御すると共に、測定装置６０からの測定データに基づき必要なデータ処理を行う制御装置７０とを備える。
【００１９】
露光制御装置１１は、光源１０の露光制御回路を内蔵しており、制御装置７０より出力される露光制御信号Ｃ１に従って光源１０に駆動電流を通電する。これにより光源１０は光ビームＬを射出する。
【００２０】
調整装置２５は、圧電アクチュエータまたは、カム機構やボールネジ等と接続されたモータ等の駆動手段を内蔵しており、これらに接続された二本の可動腕が、レンズ２２、２３を光ビームＬに沿った方向に移動させる。調整装置２５は、制御装置７０からの制御信号Ｃ３に従って動作する。
【００２１】
測定装置６０は、露光面Ｓ近くに備えられており、ビーム径の測定器６１と駆動手段６２とからなる。ビーム径測定器６０は、入射してきた光ビームのビーム径を測定する。測定には、例えば、スリット方式のビームスキャン（商品名、Photon社製）等を用いることができるが、公知のＣＣＤ方式等の他の測定方式の測定器で測定してもよい。ビーム径の測定装置６０は、駆動手段６２により深度方向に移動することができる。これにより、光ビームの焦点深度特性を測定できる。このようなデータの例を図２に示す。
【００２２】
図２は、走査レンズ５０の光軸上で、焦点位置近傍における光ビームＬの焦点深度特性を測定した例を示した図である。縦軸は測定されたビーム径で、横軸は測定器６０の深度方向位置である。ビーム径は、焦点位置で極小となり、その深度方向の前後のいずれにずれても増大して、略放物線形状を示す。この焦点位置が露光面Ｓの位置に合致することが望ましいが、ずれがあってもビーム径があらかじめ定めた基準ビーム径の範囲内となるように焦点位置を調整することで、目的とする品質の画像を得ることができる。
【００２３】
ここでは、基準ビーム直径を６５ミクロンに設定して、その範囲であればビーム径の拡がりを許容することにしている。つまり、この範囲は深度方向で許容される範囲であり、これを焦点深度Ｄと定義することができる。この基準ビーム径は、画像の精細度に応じて任意に定めることができるが、図２から理解できるように、基準ビーム径が大きいほど焦点深度は大きく（深く）なる。基準ビーム径は、光ビームの焦点位置における極小値の１．１倍以上２．０倍以下とするのが好ましい。
【００２４】
図２において、基準ビーム径を与える深度方向位置をＺ１、Ｚ２とした場合に、露光面ＳがＺ１、Ｚ２の中央位置に位置するようにＺ１、Ｚ２の位置を調整すれば、焦点位置が露光面Ｓに略合致して、さらに、露光面Ｓの両側に略均等に深度方向位置のマージンが得られるため好ましい。なお、温度変動などの変化方向があらかじめわかっている外乱を考慮する場合には、必ずしもマージンが均等になるように焦点位置を定めなくともよい。なお、像面わん曲も考慮した場合は次に説明する。
【００２５】
測定装置６０は、駆動手段６２により露光面Ｓの近傍で、図１の像高方向にも移動可能となっている。これにより走査レンズ５０の光軸から離れた位置におけるビーム径を測定でき、像面湾曲が測定可能となる。測定装置６０は、制御装置７０からの制御信号Ｃ２に従って作動し、ビーム径の測定値データＤ１を制御部７０へ送出する。なお、測定装置６０の駆動手段６２としては、圧電アクチュエータやボールネジに接続されたモータ等を用いることができる。それぞれの像高における焦点位置および焦点深度の模式図を図３に示す。
【００２６】
図３において、像面１３０は、複数の像高５２において測定された、ビーム径が極小値となる焦点位置を滑らかな曲面で結んだものである。曲面１１０は、各像高において測定された、ビーム径が基準ビーム径（この例では６５ミクロン）となる場合のうち、深度方向位置が走査レンズ５０に近い方の深度方向位置を滑らかな曲面で結んだものである。曲面１２０は、各像高においてビーム径が同じく基準ビーム径となる場合のうち、深度方向位置が走査レンズ５０から遠い方の深度方向位置を滑らかな曲面で結んだものである。図３に図示されたとおり、像面１３０や曲面１１０等には、走査レンズ５０の収差を反映してわん曲が生じている。このため、走査レンズ５０の光軸５１上で、焦点位置が露光面Ｓ上（記録材料９０の表面に一致）にくるように設定しても、光軸５１を外れた任意の像高位置で、記録材料が焦点深度内に有るとは限らない。これを考慮した焦点位置調整動作に関しては後述する。
【００２７】
制御装置７０は、露光制御装置１１、調整装置２５、測定装置６０に対してそれぞれを制御する制御信号を出力する。また、測定装置６０からビーム径のデータを受け取って、所定の演算を行い、光学系１００に対して焦点調整を行う。具体的には、測定装置６０で測定されたビーム径があらかじめ定められた基準ビーム径以下となる深度方向範囲を複数のあらかじめ定められた像高ごとに特定し、その特定された複数の深度方向範囲の共通範囲を特定する。そして、共通範囲が、露光面Ｓを含むように調整装置２５を駆動し、レンズ２２、２３の位置を調整する。このようにすることにより、像面湾曲が生じている場合でも、走査レンズ５０の光軸上だけではなく、光軸から離れた周辺部でも光ビームのビーム径が大きくならずに済み、高品質な画像が得られる。
【００２８】
また、制御装置７０は、中央演算装置であるＣＰＵ７１、システムプログラムや焦点調整プログラムおよび必要なデータ類などを格納している読み出し専用メモリであるＲＯＭ７２、装置動作時にプログラム類やデータ類、処理結果を一時的に格納するＲＡＭ７３、マウスやキーボード、タッチパネル等の装置操作用デバイス８７、装置の動作状況を表示する液晶表示装置やＣＲＴ等のディスプレイ８５が、それぞれに必要な図示されないインターフェイスを介して接続されて構成されている。
【００２９】
さらに、制御装置７０は、やはり必要なインターフェイスを介して、露光制御装置１１、調整装置２５、ビーム径の測定装置６０に接続されている。制御装置７０は、プログラム及び操作用デバイスからの入力に従って、光源１０の露光制御、ビーム径測定動作、焦点位置調整動作、レンズ２２、２３の動作等を指示する信号を出力する。
【００３０】
次に、焦点調整システム２００における像面わん曲を考慮した焦点位置調整動作について説明する。焦点位置調整動作は、調整を効率的に行うために粗調整と微調整の二段階に分かれている。まず重要な微調整動作の概要を説明する。図３に示したように、基準ビーム径を与える深度方向位置は像高によって異なり、曲面１１０と曲面１２０および像面１３０はわん曲している。そこで、焦点位置の粗調整を行った後、ポリゴンミラーにより光ビームが主走査を行う範囲内の複数の像高においてビーム径測定手段の深度方向位置を変化させて、ビーム径を測定し、図２と同様な各像高におけるビーム径の焦点深度特性を得る。図４は、そのようにして得たビーム径の焦点深度特性の模式図である。
【００３１】
図４では、走査レンズ５０から離れる方向で深度方向位置Ｚが増加するとした場合に、各像高で測定された焦点深度特性のうちの二つの焦点深度特性が図示されている。これら二つは以下のようにして選択される。まず各像高の焦点深度特性において、ビーム径が基準ビーム径である６５ミクロンとなる深度方向位置を特定する。これらは像高ごとに２つずつ存在する。続いてこれら像高ごとの２つの深度方向位置のうち小さい方を選択する。これを各像高ごとに行う。これらの選択された複数の深度方向位置のうち、深度方向位置が最も大きい点（Ｚ４）を含む焦点深度特性を選択する。これを（Ｂ）として破線で示す。
【００３２】
同様にして、像高ごとに、ビーム径が基準ビーム径である６５ミクロンとなる深度方向位置のうち大きい方を選択する。これを全部の像高について行う。これらの選択された複数の深度方向位置のうち、深度方向位置が最も小さい点（Ｚ５）を含む焦点深度特性を選択する。これを（Ａ）として実線で示す。なお、この（Ａ）と（Ｂ）がどの像高のデータであるかは、走査レンズ５０の光学特性により決まる。
【００３３】
次に、これら（Ａ）と（Ｂ）のいずれの場合でも、ビーム径が基準ビーム径である６５ミクロン以下となる深度方向範囲の共通範囲を特定する。これは図４でＺ４とＺ５で挟まれる範囲である。この共通範囲が像面湾曲が有る場合でもビーム径が基準ビーム径以内となる範囲であるから、これを像面湾曲を考慮した焦点深度Ｄｅと呼ぶ。そして、この焦点深度Ｄｅが露光面Ｓを含むように調整装置２５を動作させて焦点深度Ｄｅの深度方向位置を調整する。このようにすることにより、光ビームの基準ビーム径を例えば６５ミクロンのように小さくした場合にも、像面わん曲の存在にも拘わらず、露光面Ｓ上のどの像高においても、ビーム径を基準ビーム径以下とすることが可能となる。これにより、画像の精細度が維持される。
【００３４】
ここで、焦点深度Ｄｅの深度方向位置を調整するにあたり、露光面Ｓの両側に均等に焦点深度のマージンを設定する場合には、焦点深度Ｄｅの略中央のＺ６が露光面Ｓに位置するように調整装置２５を調整して、焦点深度Ｄｅの深度方向位置を移動すればよい。このようにすれば、衝撃などの変化方向がランダムな外乱が生じても画像形成に影響が生じにくくなる。また、例えば、温度変化などのあらかじめ変化方向が予想できる外乱に対応するためには、予想される変化方向に対応して、焦点深度Ｄｅの中央のＺ６が露光面Ｓからいずれかの焦点深度方向に若干ずれた位置となるように、調整装置２５を調整して焦点深度Ｄｅの深度方向位置を移動しても良い。
【００３５】
この微調整動作を含めた焦点調整動作の全体を、図５のフローチャートを用いてより具体的に説明する。焦点調整動作が開始されると、まず測定準備がなされる（Ｓ１０ステップ）。具体的には、ビーム径の測定装置６０の測定器６１が、駆動手段６２により走査レンズ５０の光軸５１上で（像高はゼロ）、露光面Ｓに深度方向位置が合致する位置に移動する。
【００３６】
続いて、効率的な焦点調整のために焦点位置の粗調整が行われる。粗調整処理では、露光面Ｓ上の像高ゼロでの光ビームＬのビーム径が測定され（Ｓ２０ステップ）、この測定されたビーム径が、基準ビーム径に対応してあらかじめ定められた一定範囲内にあるか否かが判断される。この例では、ビーム径が８０ミクロン以下であるか否かが判断される（Ｓ３０ステップ）。８０ミクロン以下でない、つまりビーム径が８０ミクロンより大きい場合には、フローはＳ３０ステップから右に分岐して、露光面Ｓ位置でのビーム径が上記の範囲内となるように調整装置２５によりレンズ２２、２３が移動して（Ｓ３５ステップ）、Ｓ２０ステップに戻る。以下、測定されたビーム径が上記の範囲内となるまで、Ｓ２０〜Ｓ３５ステップが繰り返されて粗調整が行われる。Ｓ３０ステップにおいて、測定されたビーム径が上記の範囲内であれば粗調整は終了し、フローはＳ３０ステップから下に分岐してＳ４０ステップに移行し、続いて微調整が行われる。
【００３７】
Ｓ４０ステップでは、あらかじめ定められた複数の像高における焦点深度特性が測定される。この例では、像高が０ｍｍ（走査レンズ５０の中心軸上の位置）と±１２５ｍｍ、±１６５ｍｍの５種の像高について測定がなされるようにした。測定は、各像高に関して同時並行で行っても良いし、一カ所ずつ順番に行っても良い。また、測定に用いられる像高の種類をより増やして像面わん曲の測定精度をより高めてもよい。ただし、そのようにすると焦点調整に要する時間が長くなったり測定機器が複雑になったりするので、必要な測定精度と焦点調整にかけられる時間等を勘案して、測定に用いる像高の種類数を決めればよい。
【００３８】
図６に、上記の５種の像高で測定された焦点深度特性例を示す。ここで、深度方向位置のゼロ点は露光面Ｓの位置に一致するようにしている。この測定例では、像高ゼロの場合の焦点深度特性のカーブが最も走査レンズ５０から遠く位置し、次いで像高が±１６５ｍｍの２つのカーブがほぼ同じ位置で走査レンズ５０に近く位置し、像高が±１２５ｍｍの２つのカーブがほぼ同じ位置で走査レンズ５０により近く位置している。中でも像高が−１２５ｍｍのカーブが最も走査レンズ５０に近く位置していることがわかる。
【００３９】
次に、フローはＳ５０ステップに移行し、これら測定された焦点深度特性から前述の焦点深度Ｄｅを算出する。まず各像高の焦点深度特性において、ビーム径が基準ビーム径である６５ミクロンとなる深度方向位置を特定する。これらは像高ごとに２つずつ存在する。続いてこれら像高ごとの２つの深度方向位置のうち小さい方を選択する。これを各像高ごとに行う。選択された深度方向位置は、図６の各焦点深度特性のカーブがビーム径６５ミクロンのラインと交差する１０個の点のうち、深度方向位置が小さい方（図では左側）の５つの点となる。次に、これら５つの点のうち、深度方向位置が最も大きい点（Ｆ）を選択する。この点が焦点深度Ｄｅの深度方向位置の一端（Ｚ４＝−１．３６）となる。
【００４０】
同様に、像高ごとにビーム径が基準ビーム径となる２つの深度方向位置のうち大きい方を選択する。選択された深度方向位置は、図６の各焦点深度特性のカーブがビーム径６５ミクロンのラインと交差する１０個の点のうち、深度方向位置が大きい方（図では右側）の５つの点となる。次に、これら５つの点のうち、深度方向位置が最も小さい点（Ｇ）を選択する。この点が焦点深度Ｄｅの深度方向位置の他端（Ｚ６＝＋０．３５）となる。このＺ４とＺ６とで挟まれた部分が焦点深度Ｄｅとなる。つまり像面わん曲が生じている場合でも、主走査の全範囲においてビーム径が基準ビーム径以内となる範囲である。従って、露光面Ｓの深度方向位置（この例では０ｍｍ）が、この焦点深度Ｄｅ内にあれば、像面わん曲の存在にも拘わらず、主走査の全範囲にわたってビーム径が基準ビーム径以下となる。
【００４１】
この焦点深度Ｄｅの中央が、露光面Ｓに合致するように、調整方向と調整量が演算される（Ｓ５０ステップ）。具体的には、Ｚ５＝（−１．３５＋０．３５）／２＝−０．５ｍｍであるから、焦点深度特性全体を、図６より０．５ｍｍだけ＋側に平行移動すればよいことがわかる。ここで、焦点深度Ｄｅの略中央が露光面Ｓ位置にくるように演算したのは、衝撃等の予測できない外乱の影響を考慮して、露光面Ｓの両側に、均等に焦点深度のマージンを確保するためである。焦点深度Ｄｅの中央が、露光面Ｓと略合致するようにするのではなく、温度変化等の変化方向が予測される外乱の影響をあらかじめ予測して、焦点深度の深度方向位置をずらして定めても良い。つまり焦点深度Ｄｅの中央を露光面Ｓから、外乱に対応するようにあらかじめ定めた方向で、かつ焦点深度Ｄｅの範囲内で規定量だけずらすように設定されてもよい。
【００４２】
なお、図６の測定例では、深度方向位置が０ｍｍである露光面Ｓの位置は、たまたまこの焦点深度Ｄｅの範囲内に入っている。この場合、焦点深度Ｄｅの深度方向位置を調整せずにこのまま画像形成を行うこともできる。しかし、Ｚ６の位置は露光面Ｓに近接しているから、画像形成中に温度変化や衝撃等の予期せぬ外乱が生じた場合に、焦点位置がずれてしまい、焦点深度Ｄｅの深度方向範囲が露光面Ｓから外れてしまうことがあり得る。そのため、図６でも、調整装置２５を駆動して、焦点深度Ｄｅの略中央が露光面Ｓ位置となるように焦点深度Ｄｅの深度方向位置を調整するのが望ましい。
【００４３】
次に、フローはＳ６０ステップに移行し、上で演算された調整方向と調整量に従って決定される位置に測定器６１が移動する。その際、測定器６１は、調整前の図６の（Ｆ）または（Ｇ）のいずれかに対して、上で演算された調整方向と調整量に従って調整された後の焦点深度Ｄｅで対応する点に移動する。この例では（Ｆ）に対応する点に移動する。つまり、像高がゼロで深度方向位置がＺ４から＋０．５ｍｍ増加した点に移動する。なお、（Ｇ）に対応する点に移動しても良く、両者のいずれが基準にしてもよいが、あらかじめ選択しておく。
【００４４】
次に、この位置で、測定器６１により光ビームのビーム径が測定され（Ｓ７０ステップ）、続いて、この測定値が基準ビーム径である６５ミクロンから±１ミクロンの範囲内にあるか否かが判断される（Ｓ８０ステップ）。ビーム径がこの範囲内にない場合は、そのずれに応じて若しくはあらかじめ定めた一定量だけ調整装置２５が駆動してレンズ２２、２３を移動し、Ｄｅの深度方向位置のずれを修正して（Ｓ８５ステップ）、Ｓ７０ステップに戻る。以下、ずれが無くなりビーム径が６５ミクロン±１ミクロンの範囲内になるまで、Ｓ７０〜Ｓ８５ステップを繰り返す。Ｓ８０ステップでビーム径が上記の範囲内であれば、フローは下に分岐して焦点調整動作を終了する。
【００４５】
焦点調整動作終了後の状態を図７に示す。図７では、図６の焦点深度Ｄｅの一端であるＺ４が、図７のＺ７に移動し、図６の焦点深度Ｄｅの他端である、Ｚ６が図７のＺ８に移動している。同様に複数の深度特性曲線全体が深度方向位置が増加する方向に平行移動する結果となる。この結果、焦点深度Ｄｅの中央部は、露光面Ｓの深度方向位置０ｍｍに略一致する。
【００４６】
このように焦点調整を行うことにより、ビーム径を小さくすることで像面わん曲や外乱による画像形成への影響を受けやすくなった場合でも、主走査の全範囲にわたって、露光面Ｓ上でのビーム径が常に基準ビーム径以下となり、像面湾曲等の影響をもっとも小さくできるから、高精細な画像形成を安定して行えるようになる。
【００４７】
このようにして焦点調整がされた光学系は、レンズ２２、２３の位置が固定されてから、焦点調整システム２００から分離され、画像形成装置に搭載される。画像形成装置では、画像のデジタルデータに従って光ビームを出力し、この光ビームが記録材料上を走査すると共に、記録材料をそれと直交する方向に搬送させて（副走査）、その結果、二次元に走査しながら画像形成する。
【００４８】
本発明は、以上説明した実施の形態の具体的態様には限定されず、各種の変形が可能である。例えば、微調整処理では、焦点深度Ｄｅの中央であるＺ５が、一定幅以下である場合に微調整を行わないようにしても良い。この一定幅は、例えば、基準ビーム径が６５ミクロンの場合には、Ｚ５が例えば０．２５ｍｍ以下と設定することができる。つまり、Ｚ５が０．２５ｍｍ以下であれば調整装置２５によるレンズ２２等の移動を行わないとしても良い。この程度の誤差であれば、画像形成上、焦点調整に関して許容できる範囲だからである。また、粗調整、微調整における数値範囲は、目標とする基準ビーム径により変動するから、適宜、適切な範囲を定めれば良い。
【００４９】
また、焦点調整動作は、光学系１００が焦点調整システム２００にセッティングされた時点で直ちに全自動で行うようにしても良いし、調整動作の開始だけを手動で指示するようにしても良い。また、各像高の焦点深度特性を測定後にディスプレイ８５に表示して、調整内容を操作デバイス８７から指示入力できるようにしても良い。また、調整装置を用いず手動で調整動作を行うことも可能である。
【００５０】
また、焦点位置の調整装置２５は、図１に記載の形態には限られず、コリメータレンズ２１と光源との距離をずらすようにしても良いし、光学系１００と露光面Ｓとの距離を変化させるようにしても良く、特に限定されるものではない。さらに、焦点調整システムは、上記のように画像形成装置から独立した存在としても良いし、画像形成装置と一体としても良い。画像形成装置と一体とすると、画像成型装置のコストアップとなるが、随時焦点調整ができるため好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】焦点調整システム例２００の概略構成を示す模式図である。
【図２】焦点深度特性の例を示した図である。
【図３】像面わん曲のイメージを示した概念図である。
【図４】像面わん曲を考慮した場合の焦点深度Ｄｅを説明するための模式図である。
【図５】焦点調整動作の概略フローを示したフローチャートである。
【図６】５種の像高で測定された焦点深度特性の例を示した図である。
【図７】焦点位置を微調整した場合の焦点深度特性の例を示した図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０            光源
１１            露光制御装置
２１            シリンドリカルレンズ
２２、２３        焦点調整用レンズ
２５            調整装置
３０            反射鏡
４０            ポリゴンミラー
５０            走査レンズ
５１            中心軸
５２            像高
６０            ビーム径の測定装置
６１            測定器
６２            駆動手段
７０            制御装置
９０            記録材料
１００            光学系
１１０            曲面
１２０            曲面
１３０            像面
２００            焦点調整システム
Ｄｅ            焦点深度
Ｓ            露光面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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